Бассейн модели корабля — это бассейн или резервуар , используемый для проведения гидродинамических испытаний моделей кораблей с целью проектирования нового (полноразмерного) корабля или доработки конструкции корабля для улучшения его характеристик в море. Это также может относиться к организации (часто компании), которая владеет и управляет таким объектом.
Инжиниринговая фирма выступает в качестве подрядчика для соответствующих верфей и обеспечивает испытания гидродинамических моделей и численные расчеты для поддержки проектирования и разработки судов и морских сооружений.
Выдающийся английский инженер Уильям Фруд опубликовал в 1860-х годах серию влиятельных статей о конструкции кораблей с целью обеспечения максимальной остойчивости. В конечном итоге Институт военно-морских архитекторов поручил ему определить наиболее эффективную форму корпуса. Он подтвердил свои теоретические модели обширными эмпирическими испытаниями, используя масштабные модели для различных размеров корпуса. Он установил формулу (теперь известную как число Фруда ), с помощью которой результаты мелкомасштабных испытаний можно было использовать для прогнозирования поведения полноразмерных корпусов. Он построил серию из моделей размером 3, 6 и (показано на рисунке) 12 футов и использовал их в испытаниях по буксировке, чтобы установить законы сопротивления и масштабирования. Его эксперименты позже были подтверждены полномасштабными испытаниями, проведенными Адмиралтейством, и в результате в его доме в Торки за государственный счет был построен первый бассейн для модели корабля . Здесь он смог объединить математические знания с практическими экспериментами с таким хорошим эффектом, что его методам следуют до сих пор. [1]
.jpg/1280px-Denny_Tank_(24505547053).jpg)
Вдохновленная успешной работой Фруда, судостроительная компания William Denny and Brothers в 1883 году завершила первый в мире коммерческий образец бассейна для модели корабля. Объект использовался для испытаний моделей различных судов и изучения различных методов движения, включая гребные винты, лопасти и лопасти. колеса. Эксперименты проводились на моделях стабилизаторов Денни-Брауна и судна на воздушной подушке Денни , чтобы оценить их осуществимость. Сотрудники Tank также проводили исследования и эксперименты для других компаний: базирующаяся в Белфасте компания Harland & Wolff решила установить выпуклую носовую часть на лайнер Canberra после успешных испытаний модели на Denny Tank. [2]
Оборудование для гидродинамических испытаний, присутствующее на модельном бассейне, включает, по крайней мере, буксирный резервуар , кавитационный туннель и мастерские. Бассейны некоторых моделей кораблей имеют дополнительные удобства, такие как бассейн для маневрирования и мореплавания , а также резервуар для льда .
Буксировочная цистерна представляет собой резервуар шириной в несколько метров и длиной в сотни метров, оборудованный буксировочной тележкой, передвигающейся по двум рельсам с обеих сторон. Буксировочная тележка может либо буксировать модель, либо следовать за самоходной моделью и оснащена компьютерами и устройствами для регистрации или контроля, соответственно, таких переменных, как скорость, тяга и крутящий момент гребного винта, угол поворота руля и т. д. Буксировочный бак служит для сопротивления. и испытания двигательной установки на буксируемых и самоходных моделях судов для определения мощности, которую должен будет обеспечить двигатель для достижения скорости, предусмотренной контрактом между верфью и судовладельцем. Буксирный бак также служит для определения маневренности в масштабе модели. Для этого самоходная модель подвергается серии зигзагообразных маневров при различных амплитудах угла поворота руля направления. Постобработка данных испытаний посредством идентификации системы приводит к созданию числовой модели для моделирования любого другого маневра, такого как спиральный тест Дьедонне или круги поворота. Дополнительно буксирный танк может быть оснащен ПММ ( механизмом плоского движения ) или ЦПМЦ (компьютеризированной кареткой плоского движения) для измерения гидродинамических сил и моментов на кораблях или подводных объектах под действием косых притоков и вынужденных движений. Буксирный танк также может быть оборудован генератором волн для проведения мореходных испытаний либо путем моделирования естественных (нерегулярных) волн, либо путем воздействия на модель волнового пакета, который дает набор статистических данных, известных как операторы амплитуды отклика (аббревиатура РАО ). которые определяют вероятное поведение корабля в реальных условиях плавания при работе в море с различными амплитудами и частотами волн (эти параметры известны как состояние моря ). Современные средства морских испытаний могут определить эти статистические данные RAO с помощью соответствующего компьютерного оборудования и программного обеспечения за одно испытание.
Для исследования винтов используется кавитационный туннель . Это вертикальный водяной контур с трубами большого диаметра. Наверху расположены измерительные приборы. Установлен параллельный приток. С моделью корабля или без нее гребной винт, прикрепленный к динамометру , вводится в приток, и его тяга и крутящий момент измеряются при различных соотношениях скорости гребного винта (количества оборотов) к скорости притока. Стробоскоп , синхронизированный со скоростью винта, служит для визуализации кавитации, как если бы кавитационный пузырь не двигался. Благодаря этому можно увидеть, будет ли гребной винт поврежден из-за кавитации. Для обеспечения сходства с натурным гребным винтом давление понижено, а газосодержание воды контролируется.
Бассейны для моделей кораблей изготавливают модели кораблей из дерева или парафина с помощью компьютеризированного фрезерного станка . Некоторые из них также производят свои модели винтов. Оснащение моделей кораблей всеми приводами и приборами, а также производственное оборудование для нестандартных модельных испытаний – основные задачи цехов.
Это испытательный стенд, достаточно широкий, чтобы исследовать произвольные углы между волнами и моделью корабля, а также выполнять маневры, такие как развороты, для которых буксирный танк слишком узок. Однако некоторые важные маневры, такие как спиральное испытание, по-прежнему требуют еще большего пространства и их необходимо моделировать численно после идентификации системы.
Ледогенератор используется для разработки ледокольных судов , этот резервуар выполняет те же функции, что и буксирный танк для судов открытой воды. Сопротивление и необходимая мощность двигателя, а также маневренность определяются в зависимости от толщины льда. Также можно определить ледовые силы на морских сооружениях. Слои льда замораживаются с помощью специальной процедуры, позволяющей уменьшить кристаллы льда до масштаба модели.
Кроме того, эти компании или органы власти имеют программное обеспечение CFD и опыт численного моделирования сложного обтекания кораблей, их рулей и гребных винтов. Сегодняшний уровень техники еще не позволяет программному обеспечению полностью заменить тесты моделей расчетами CFD. Одна из причин, но не единственная, заключается в том, что элементизация по-прежнему стоит дорого. Также проектирование линий некоторых кораблей выполняется специалистами модельного бассейна либо с самого начала, либо путем оптимизации первоначального проекта, полученного на верфи. То же самое относится и к конструкции гребных винтов.
Бассейны моделей кораблей по всему миру объединены в ITTC [3] (Международную конференцию по буксирным танкам) для стандартизации процедур испытаний моделей.
Некоторые из наиболее важных бассейнов для моделей кораблей: